一種用于軟x射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于軟X射線譜學(xué)顯微成像(STXM)的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]上海同步輻射STXM實(shí)驗(yàn)站具有高空間分辨和高化學(xué)態(tài)分辨能力，是納米尺度下的結(jié)構(gòu)和功能研究的有力工具。STXM實(shí)驗(yàn)站采用波蕩器光源，滿足科研對(duì)偏振可調(diào)性能(線偏振、圓偏振)的需求，是開展X射線磁圓二色成像(XMCD)的理想平臺(tái)。
[0003]磁性材料對(duì)左旋和右旋的偏振光具有不同的吸收能力，這種二色性現(xiàn)象被稱之為X射線磁圓二色。例如對(duì)于鐵磁性材料，其原子的3d能帶(量子理論認(rèn)為電子按照能級(jí)進(jìn)入軌道排列，能級(jí)俗稱電子亞層，其中M層有3s、3p和3d能級(jí)。單個(gè)原子的能級(jí)是分立的，當(dāng)固體中多個(gè)原子緊密排列時(shí)，由于原子間的相互作用，原子來同一大小的能級(jí)這時(shí)彼此數(shù)值上就有小的差異。例如3d能級(jí)就分裂成一系列和3d能級(jí)很接近的大量新能級(jí)，這些新能級(jí)被稱為3d能帶)自旋向上和向下的電子數(shù)不同，當(dāng)入射X射線的能量恰好為2P到3d能級(jí)差時(shí)，由于躍迀選擇定則的限制，X射線左右旋圓偏振光的吸收將產(chǎn)生變化，出現(xiàn)XMCD現(xiàn)象。利用STXM成像技術(shù)和XMCD效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)磁性薄膜的磁疇測(cè)量，用于研究合金材料或者磁性多層膜元素間的磁性耦合機(jī)制，具體來說，當(dāng)入射X射線能量在材料的吸收邊時(shí)，由于XMCD效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)，因此在X射線成像中會(huì)產(chǎn)生不同的襯度。不同的元素具有不同的吸收邊，通過調(diào)節(jié)X射線的能量，可以測(cè)量同一樣品同一位置不同元素的磁疇，因此可以利用X射線顯微成像來研究合金等復(fù)雜材料和磁性多層膜中的不同元素之間的磁性耦合。例如利用XMCD技術(shù)對(duì)Co2CrQ.6FeQ.4Al材料中Co和Fe進(jìn)行磁疇成像，發(fā)現(xiàn)Co和Fe的磁疇中亮暗是完全一致的，這說明Co原子和Fe原子的磁矩是鐵磁親合。
[0004]外加磁場(chǎng)是研究磁性耦合和起源的一種重要方法，比如在研究鐵/氧化鎳雙層膜交換耦合特性時(shí)，改變外磁場(chǎng)的大小和方向會(huì)使疇壁發(fā)生運(yùn)動(dòng)，可以研究界面交換耦合機(jī)制;增加脈沖磁場(chǎng)可以使納米磁渦旋極性發(fā)生翻轉(zhuǎn)，用于研究磁渦旋動(dòng)力學(xué)行為。產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置包括線圈、電磁鐵，超導(dǎo)磁鐵等，采用的方式與實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠嘘P(guān)。
[0005]例如，為了研究鎳鐵合金渦旋核位置隨外磁場(chǎng)改變，需要在STXM實(shí)驗(yàn)站樣品側(cè)面增加一個(gè)電磁鐵，其中，樣品在同步輻射STXM實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)距前端法蘭2cm，距右側(cè)面激光干涉儀的擋板2cm，距左側(cè)觀察窗30cm。因此，為了滿足空間限制，工作人員設(shè)計(jì)如下電磁鐵，該磁鐵為單極頭柱狀電磁鐵，柱體長(zhǎng)10cm，直徑為3cm，極頭長(zhǎng)lcm，直徑為0.8cm，這種單極頭柱狀電磁鐵能夠提供的最大磁場(chǎng)為300Gs。
[0006]上述單極頭柱狀電磁鐵雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、占用空間較少，能夠滿足基本實(shí)驗(yàn)需要，然而，從這種單極頭柱狀電磁鐵的極頭出來的磁場(chǎng)很容易擴(kuò)散到空間中，并且逐漸遞減，從而使得到達(dá)樣品處的磁場(chǎng)小，且分布不均勻，進(jìn)而使得STXM實(shí)驗(yàn)站無法表征更多的磁性材料及結(jié)構(gòu)，并且使得STXM實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性較低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型旨在提供一種用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)，以提高STXM實(shí)驗(yàn)站樣品處的磁場(chǎng)強(qiáng)度和均勻性。
[0008]本實(shí)用新型所述的一種用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)，其包括:
[0009]通過一萬向磁力表座安裝在一真空腔體內(nèi)的電磁鐵，其包括:
[0010]由相互平行設(shè)置的上水平磁鐵板和下水平磁鐵板、以及連接在所述上水平磁鐵板和下水平磁鐵板之間的豎直磁鐵板構(gòu)成的U型框架；
[0011]從所述上水平磁鐵板的下表面向下延伸的上極頭；
[0012]從所述下水平磁鐵板的上表面向上延伸的鐵芯，其頂端具有與所述上極頭位置相對(duì)的下極頭，該下極頭與所述上極頭間隔開以供外部樣品設(shè)置在該上、下極頭之間；以及
[0013]繞制在所述鐵芯外緣的線圈；以及
[0014]用于向所述電磁鐵供電的直流電源。
[0015]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，還包括用于監(jiān)測(cè)所述電磁鐵溫度的溫度監(jiān)控器。
[0016]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，所述溫度監(jiān)控器設(shè)置在所述真空腔體外部，并通過熱偶導(dǎo)線與所述線圈連接。
[0017]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，還包括安裝在所述真空腔體內(nèi)底面上的供所述萬向磁力表座吸附于其上的支撐鐵板。
[0018]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，所述萬向磁力表座具有用于供所述電磁鐵支撐于前端的萬向支臂。
[0019]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，所述電磁鐵還包括設(shè)置在所述線圈外緣與所述豎直磁鐵板之間的墊塊。
[0020]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，所述上水平磁鐵板、下水平磁鐵板和豎直磁鐵板一體成型地連接成所述U型框架。
[0021]在上述的用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)中，所述直流電源設(shè)置在所述真空腔體外部，并通過電源導(dǎo)線與所述線圈連接。
[0022]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型通過將樣品處的電磁鐵設(shè)計(jì)為雙極頭電磁鐵，從而在充分利用實(shí)驗(yàn)腔的空間的基礎(chǔ)上，能夠增加鐵芯的直徑，以繞扎更多的線圈，并且通過將樣品置于上、下極頭之間，進(jìn)而不僅增大了樣品處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而且還降低了磁場(chǎng)衰減速度，提高了磁場(chǎng)的均勻性，由此，使得STXM實(shí)驗(yàn)站能夠表征更多的磁性材料及結(jié)構(gòu)，并且提高了STXM實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。另外，本實(shí)用新型還通過增設(shè)溫度監(jiān)控器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁鐵的溫度變化，從而提高了整套系統(tǒng)的安全性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型一種用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型中電磁鐵的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，給出本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。
[0026]如圖1、2所示，本實(shí)用新型，即一種用于軟X射線譜學(xué)顯微成像的原位磁場(chǎng)系統(tǒng)，包括:安裝在STXM試驗(yàn)站的真空腔體1內(nèi)的底面上的支撐鐵板1、吸附在支撐鐵板I上的萬向磁力表座2、支撐在萬向磁力表座2上的電磁鐵3、用于向電磁鐵3供電的直流電源4，以及用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電磁鐵3溫度的溫度監(jiān)控器5，其中:
[0027]電磁鐵3具體包括:
[0028]由相互平行設(shè)置的上水平磁鐵板31和下水平磁鐵板32、以及連接在上水平磁鐵板31和下水平磁鐵板32之間的豎直磁鐵板33構(gòu)成的U型框架30;
[0029]從上水平磁鐵板31的下表面向下延伸的上極頭34;
[0030]從下水平磁鐵板32的上表面向上延伸的鐵芯35，其頂端具有與上極頭34位置相對(duì)的下極頭36，該下極頭36與上極頭34間隔開以供外部樣品20設(shè)置在該上、下極頭34、36之間(X射線垂直入射到樣品表面，當(dāng)同步輻射STXM成像時(shí)，改變樣品處的磁場(chǎng)大小，即可實(shí)現(xiàn)原位磁場(chǎng)下的同步輻射STXM成像)；以及
[0031]繞制在鐵芯35外緣的線圈37;